高分子分离膜

高分子分离膜polymeric membrane for separation

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高分子分离膜(卷名：化工)

polymeric membrane for separation

由聚合物或高分子复合材料制得的具有分离流体混合物功能的薄膜。膜分离过程就是用分离膜作间隔层，在压力差、浓度差或电位差的推动力下，借流体混合物中各组分透过膜的速率不同，使之在膜的两侧分别富集，以达到分离、精制、浓缩及回收利用的目的。单位时间内流体通过膜的量（透过速度）、不同物质透过系数之比（分离系数）或对某种物质的截留率是衡量膜性能的重要指标。分离膜只有组装成膜分离器，构成膜分离系统才能进行实用性的物质分离过程。一般有平膜式、管膜式、卷膜式和中空纤维膜式分离装置。

沿革早在20世纪初已有用天然高分子或其衍生物制透析、电渗析、微孔过滤膜。1953年，美国C.E.里德提出了用致密的醋酸纤维素制的膜将海水分离为水和盐，当时由于水的透过速度极小而未能实用。1960年S.洛布和S.索里拉金成功地开发了各向异性的不对称膜的制备方法。由于起分离作用的活性层极薄，流体通过膜的阻力小，从而开拓了高分子分离膜在工业上的应用。之后出现了中空纤维膜，使高分子分离膜更适于工业用途。70年代以来，气体分离膜、透过蒸发膜、液体膜以及生物医学用膜的研究，开拓了高分子分离膜应用新领域。

分类高分子分离膜可按结构分为:①致密膜，膜中无微孔，物质仅从高分子链段之间的自由空间通过；②多孔质膜，一般膜中含有孔径为0.02～20μm的微孔，可用于截留胶体粒子、细菌、高分子量物质粒子等；③不对称膜，由同一种高分子材料制成，膜的表面层与膜的内部结构不相同，表面层为0.1～0.25μm薄的活性层，内部为较厚的多孔层;④含浸型膜，在高分子多孔质膜上含浸有载体而形成的促进输送膜和含有官能基团的膜，如离子交换膜；⑤增强膜，以纤维织物或其他方式增强的膜。

按膜的分离特性和应用角度可分为反渗透膜（或称逆渗透膜）、超过滤膜、微孔过滤膜、气体分离膜、离子交换膜、有机液体透过蒸发膜、动力形成膜、镶嵌带电膜、液体膜、透析膜、生物医学用膜等多种类别。

主要材料最初用作分离膜的高分子材料是纤维素酯类材料。后来，又逐渐采用了具有各种不同特性的聚砜、聚苯醚、芳香族聚酰胺(见芳香族聚酰胺纤维)、聚四氟乙烯（见氟树脂）、聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚苯并咪唑、聚酰亚胺等。高分子共混物和嵌段、接枝共聚物（见聚合物）也越来越多地被用于制分离膜，使其具有单一均聚物所没有的特性。制备高分子分离膜的方法有流延法、不良溶剂凝胶法、微粉烧结法、直接聚合法、表面涂覆法、控制拉伸法、辐射化学侵蚀法和中空纤维纺丝法等。

应用对近沸点混合物、共沸混合物、异构体混合物等难以分离的混合物体系，以及某些热敏性物质，能够实现有效的分离。采用反渗透法进行海水淡化所需能量仅为冷冻法的1／2，蒸发法的1／17，操作简单，成本低廉。因此，反渗透法有逐渐取代多级闪蒸法的趋势（见表）。

膜分离用于浓缩天然果汁、乳制品加工、酿酒等食品工业中，因无需加热，可保持食品原有的风味。采用高分子富氧膜能简便地获得富氧空气，以用于医疗。还可用于制备电子工业用超纯水和无菌医药用超纯水。用分离膜装配的人工肾、人工肺，能净化血液，治疗肾功能不全患者以及作手术用人工心肺机中的氧合器等。80年代以来，高分子分离膜正在向高效率、高选择性、功能复合化及形式多样化的方向发展。不对称膜和复合膜的制备以及聚合物材料的超薄膜化等的研究十分活跃。膜分离技术在新能源、生物工程、化工新技术等方面已显示出它的潜力。